一种能源互联网及其分级控制系统与控制方法技术方案

一种能源互联网及其分级控制系统与控制方法，属于能源互联网控制与电气技术领域。该能源互联网，包括能源路由器模块、能源交换机模块和能源子网模块；能源互联网的分级控制系统，包括：数据采集模块、能量预测单元、能量平衡判断模块、能量盈缺判断模块、能量平衡控制单元、功率状态调节模块和频率电压调节模块；通过对能源互联网内所有的分布式电源及本地负载进行合理监控及发电/负荷状态预测，利用能源路由器对能源互联网内电能进行优化协调，最大程度上保证了分布式发电系统的稳定性和较高的可再生能源利用率；采用多智能体一致性算法与下垂控制方法协同控制能源子网内各设备，实现能源子网内各设备节点频率与配电网工频一致，节点电压稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种能源互联网及其分级控制系统与控制方法
本专利技术属于能源互联网控制与电气
，具体涉及一种能源互联网及其分级控制系统与控制方法。
技术介绍
目前，普遍认为充分开发利用绿色能源和可再生能源是解决能源危机、温室效应和环境污染的有效途径。然而，可再生能源的发电特征和传统电网的缺陷导致可再生能源无法直接并入电网。此外，还存在电网不易感知负荷的细微变化，无法很好的跟踪负荷改变，不能满足用户对电能质量越来越高的要求等问题。为了充分开发利用用户附近的太阳能、风能、生物能等可再生分布式能源，在用户附近实施分布式发电，以能源互联网形式接入电网能够保障能源安全利用、减少环境污染，同时可以解决跟踪电网负荷变化的问题。然而，由于能源互联网和配电网之间能量是双向流动的，且分布式电源本身具有间歇性和波动性等特点，现有的技术不能很好的实现能源互联网内的分布式能源、分布式储能设备及本地负荷的协调优化与智能控制，以及将带有大容量分布式新能源的能源互联网接入配电网后，保障电网能够安全、稳定运行，因此需要对含大量分布式电源的能源互联网及其控制进行深入研究。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种能源互联网及其分级控制系统与控制方法。本专利技术的技术方案：一种能源互联网，包括能源路由器模块、能源交换机模块和能源子网模块；所述能源路由器模块，包括至少一个能源路由器；所述能源交换机模块，包括至少一个能源交换机；所述能源子网模块包括至少一个能源子网；所有能源路由器间、所有能源交换机间和所有能源子网间均相互独立；所述能源路由器的输入端接入配电网，所述能源路由器的输出端连接一个所述能源交换机的输入端或者同时与多个所述能源交换机的输入端相连接；所述能源交换机的输出端连接一个能源子网或者同时连接多个能源子网；所述能源子网包括至少一个分布式电源、至少一个分布式储能设备以及至少一个本地负载；所述分布式电源、所述分布式储能设备和所述本地负载均与其所属的能源子网所对应的能源交换机的输出端相连接；所述能源路由器进一步包括：第一处理器及飞轮功率调节器，其中第一处理器，用于采集能源互联网内各分布式电源的节点电压和节点电流、本地各负载的节点电压和节点电流、各分布式储能设备的有功功率和无功功率，并采用神经网络方法对能源互联网内的总发电量和总负荷量进行预测；根据发电量预测值和负荷量预测值判断能源互联网内是否达到能量平衡，当能源互联网内达到能量平衡时，向相应的能源交换机发送频率电压调节控制指令；而当能源互联网内未达到能量平衡时，判断能源互联网处于电量盈余状态还是电量缺额状态，当能源互联网处于电量缺额状态时，首先发送控制信号给分布式储能设备，启动分布式储能设备对能源互联网进行电能补给，若分布式储能设备补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，发送控制信号给配电网，令配电网向能源互联网补给电能，若配电网不能向能源互联网补给电能或配电网补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，启动飞轮功率调节器，令其向能源互联网补给电能；当能源互联网处于电量盈余状态时，首先发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电，若配电网不需要电能补给或者为配电网补给电能工作结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，令分布式储能设备响应其是否需要充电，若分布式储能设备需要充电，则启动分布式储能设备，为分布式储能设备充电，若分布式储能设备不需要充电或者向分布式储能设备充电结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，启动飞轮功率调节器，令其消耗能源互联网内多余电能；所述能源交换机进一步包括：第二处理器，用于采集该能源交换机所连接的能源子网内各分布式电源及本地负载的节点频率、电压、有功功率及无功功率；接受所述频率电压调节控制指令，调节该能源交换机所连接的能源子网内分布式电源的及本地负载的节点频率和节点电压，使得各节点频率与配电网工频一致，各节点电压与配电网额定电压一致。所述分布式电源、所述分布式储能设备和所述负载均通过热插拔接口与其所属的能源子网所对应的能源交换机的输出端相连接。所述能源交换机，进一步划分为：I型能源交换机，用于控制不同用电类型的能源子网；II型能源交换机，用于控制相同用电类型的能源子网。一种能源互联网的分级控制系统，包括：数据采集模块，用于采集能源互联网内各分布式电源的和本地各负载的节点频率、节点电压、节点电流、有功功率及无功功率；各分布式储能设备的有功功率及无功功率；能量预测单元，用于对能源互联网内的总发电量和总负荷量进行预测；能量平衡判断模块，用于根据发电量预测值和负荷量预测值判断能源互联网内是否达到能量平衡，当能源互联网内未达到能量平衡时，向能量盈缺判断模块发送相应的控制指令，而当能源互联网内达到能量平衡时，向频率电压调节模块发送相应的控制指令；能量盈缺判断模块，用于接受能量平衡判断模块发送的控制指令，判断能源互联网内电量是处于盈余状态还是缺额状态，并将判断结果发送至能量平衡控制单元；能量平衡控制单元，在能源互联网内电量处于缺额状态时，发送控制信号给分布式储能设备或者配电网，令其向能源互联网进行电能补给，或者在分布式储能设备和配电网电能补给工作结束后，向功率状态调节模块发送电能补给控制信号；在能源互联网内电量处于盈余状态时，发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电或者为分布式储能设备充电，或者在配电网不需要电能补给和分布式储能设备满电情况下，向功率状态调节模块发送电能消耗控制信号；功率状态调节模块，用于接受所述电能补给控制信号或者所述电能消耗控制信号，并向飞轮功率调节器发送相应的控制信号，令其向能源互联网补给电能或者令其消耗能源互联网内多余电能；频率电压调节模块，用于接受能量平衡判断模块的控制指令，调节能源子网内相应的各分布式电源的及本地负载的节点频率和节点电压，使得各节点频率与配电网工频一致，各节点电压与配电网额定电压一致。根据所述的能源互联网的电能智能控制系统，所述能量预测单元进一步包括：发电预测模块，用于根据各分布式电源的节点电压和节点电流，采用神经网络方法对能源互联网内的总发电量进行预测；负荷预测模块，用于根据各本地负载的节点电压和节点电流，采用神经网络方法对能源互联网内的总负荷量进行预测。所述能量平衡控制单元进一步包括：缺额电量补给控制模块，用于当能源互联网内电量缺额时，首先发送控制信号给分布式储能设备，启动分布式储能设备进行电能补给；若分布式储能设备补给电能工作结束后，能源互联网内电量仍为缺额状态时，发送控制信号给配电网，令配电网向能源互联网补给电量；若配电网无法向能源互联网补给电能或者配电网补给电能工作结束后，能源互联网内电量仍为缺额状态时，向功率状态调节模块发送电能补给控制信号；盈余电量调配控制模块，用于当能源互联网内电量盈余时，首先发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电；若配电网不需要电能补给或者为配电网补给电能工作结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，令分布式储能设备响应其是否需要充电：若分布式储能设备需要充电，启动分布式储能设备，为分布式储能设备充电；若分布式储能设备不需要充电或者为分布式储能设备充电结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，向功率状态调节模块发送电能消耗控制信号。采用所述的能源互联网的分级控制系统的控制方法，包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能源互联网，特征在于：包括能源路由器模块、能源交换机模块和能源子网模块；所述能源路由器模块，包括至少一个能源路由器；所述能源交换机模块，包括至少一个能源交换机；所述能源子网模块包括至少一个能源子网；所有能源路由器间、所有能源交换机间和所有能源子网间均相互独立；所述能源路由器的输入端接入配电网，所述能源路由器的输出端连接一个所述能源交换机的输入端或者同时与多个所述能源交换机的输入端相连接；所述能源交换机的输出端连接一个能源子网或者同时连接多个能源子网；所述能源子网包括至少一个分布式电源、至少一个分布式储能设备以及至少一个本地负载；所述分布式电源、所述分布式储能设备和所述本地负载均与其所属的能源子网所对应的能源交换机的输出端相连接；所述能源路由器进一步包括：第一处理器及飞轮功率调节器，其中第一处理器，用于采集能源互联网内各分布式电源的节点电压和节点电流、本地各负载的节点电压和节点电流、各分布式储能设备的有功功率和无功功率，并采用神经网络方法对能源互联网内的总发电量和总负荷量进行预测；根据发电量预测值和负荷量预测值判断能源互联网内是否达到能量平衡，当能源互联网内达到能量平衡时，向相应的能源交换机发送频率电压调节控制指令；而当能源互联网内未达到能量平衡时，判断能源互联网处于电量盈余状态还是电量缺额状态，当能源互联网处于电量缺额状态时，首先发送控制信号给分布式储能设备，启动分布式储能设备对能源互联网进行电能补给，若分布式储能设备补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，发送控制信号给配电网，令配电网向能源互联网补给电能，若配电网不能向能源互联网补给电能或配电网补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，启动飞轮功率调节器，令其向能源互联网补给电能；当能源互联网处于电量盈余状态时，首先发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电，若配电网不需要电能补给或者为配电网补给电能工作结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，令分布式储能设备响应其是否需要充电，若分布式储能设备需要充电，则启动分布式储能设备，为分布式储能设备充电，若分布式储能设备不需要充电或者向分布式储能设备充电结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，启动飞轮功率调节器，令其消耗能源互联网内多余电能；所述能源交换机进一步包括：第二处理器，用于采集该能源交换机所连接的能源子网内各分布式电源及本地负载的节点频率、电压、有功功率及无功功率；接受所述频率电压调节控制指令，调节该能源交换机所连接的能源子网内分布式电源的及本地负载的节点频率和节点电压，使得各节点频率与配电网工频一致，各节点电压与配电网额定电压一致。...

【技术特征摘要】
1.一种能源互联网，特征在于：包括能源路由器模块、能源交换机模块和能源子网模块；所述能源路由器模块，包括至少一个能源路由器；所述能源交换机模块，包括至少一个能源交换机；所述能源子网模块包括至少一个能源子网；所有能源路由器间、所有能源交换机间和所有能源子网间均相互独立；所述能源路由器的输入端接入配电网，所述能源路由器的输出端连接一个所述能源交换机的输入端或者同时与多个所述能源交换机的输入端相连接；所述能源交换机的输出端连接一个能源子网或者同时连接多个能源子网；所述能源子网包括至少一个分布式电源、至少一个分布式储能设备以及至少一个本地负载；所述分布式电源、所述分布式储能设备和所述本地负载均与其所属的能源子网所对应的能源交换机的输出端相连接；所述能源路由器进一步包括：第一处理器及飞轮功率调节器，其中第一处理器，用于采集能源互联网内各分布式电源的节点电压和节点电流、本地各负载的节点电压和节点电流、各分布式储能设备的有功功率和无功功率，并采用神经网络方法对能源互联网内的总发电量和总负荷量进行预测；根据发电量预测值和负荷量预测值判断能源互联网内是否达到能量平衡，当能源互联网内达到能量平衡时，向相应的能源交换机发送频率电压调节控制指令；而当能源互联网内未达到能量平衡时，判断能源互联网处于电量盈余状态还是电量缺额状态，当能源互联网处于电量缺额状态时，首先发送控制信号给分布式储能设备，启动分布式储能设备对能源互联网进行电能补给，若分布式储能设备补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，发送控制信号给配电网，令配电网向能源互联网补给电能，若配电网不能向能源互联网补给电能或配电网补给电能工作结束后，能源互联网仍处于电量缺额状态时，启动飞轮功率调节器，令其向能源互联网补给电能；当能源互联网处于电量盈余状态时，首先发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电，若配电网不需要电能补给或者为配电网补给电能工作结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，令分布式储能设备响应其是否需要充电，若分布式储能设备需要充电，则启动分布式储能设备，为分布式储能设备充电，若分布式储能设备不需要充电或者向分布式储能设备充电结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，启动飞轮功率调节器，令其消耗能源互联网内多余电能；所述能源交换机进一步包括：第二处理器，用于采集该能源交换机所连接的能源子网内各分布式电源及本地负载的节点频率、电压、有功功率及无功功率；接受所述频率电压调节控制指令，调节该能源交换机所连接的能源子网内分布式电源的及本地负载的节点频率和节点电压，使得各节点频率与配电网工频一致，各节点电压与配电网额定电压一致。2.根据权利要求1所述的能源互联网，其特征在于，所述分布式电源、所述分布式储能设备和所述本地负载均通过热插拔接口与其所属的能源子网所对应的能源交换机的输出端相连接。3.根据权利要求1所述的能源互联网，其特征在于，所述能源交换机，进一步划分为：I型能源交换机，用于控制不同用电类型的能源子网；II型能源交换机，用于控制相同用电类型的能源子网。4.一种能源互联网的分级控制系统，其特征在于，包括：数据采集模块，用于采集能源互联网内各分布式电源的和本地各负载的节点频率、节点电压、节点电流、有功功率及无功功率；各分布式储能设备的有功功率及无功功率；能量预测单元，用于对能源互联网内的总发电量和总负荷量进行预测；能量平衡判断模块，用于根据发电量预测值和负荷量预测值判断能源互联网内是否达到能量平衡，当能源互联网内未达到能量平衡时，向能量盈缺判断模块发送相应的控制指令，而当能源互联网内达到能量平衡时，向频率电压调节模块发送相应的控制指令；能量盈缺判断模块，用于接受能量平衡判断模块发送的控制指令，判断能源互联网内电量是处于盈余状态还是缺额状态，并将判断结果发送至能量平衡控制单元；能量平衡控制单元，在能源互联网内电量处于缺额状态时，发送控制信号给分布式储能设备或者配电网，令其向能源互联网进行电能补给，或者在分布式储能设备和配电网电能补给工作结束后，向功率状态调节模块发送电能补给控制信号；在能源互联网内电量处于盈余状态时，发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电或者为分布式储能设备充电，或者在配电网不需要电能补给和分布式储能设备满电情况下，向功率状态调节模块发送电能消耗控制信号；功率状态调节模块，用于接受所述电能补给控制信号或者所述电能消耗控制信号，向飞轮功率调节器发送相应的控制信号，令其向能源互联网补给电能或者令其消耗能源互联网内多余电能；频率电压调节模块，用于接受能量平衡判断模块的控制指令，调节能源子网内相应的各分布式电源的及本地负载的节点频率和节点电压，使得各节点频率与配电网工频一致，各节点电压与配电网额定电压一致。5.根据权利要求4所述的能源互联网的分级控制系统，其特征在于，所述能量预测单元进一步包括：发电预测模块，用于根据各分布式电源的节点电压和节点电流，采用神经网络方法对能源互联网内的总发电量进行预测；负荷预测模块，用于根据各本地负载的节点电压和节点电流，采用神经网络方法对能源互联网内的总负荷量进行预测。6.根据权利要求4所述的能源互联网的分级控制系统，其特征在于，所述能量平衡控制单元进一步包括：缺额电量补给控制模块，用于当能源互联网内电量缺额时，首先发送控制信号给分布式储能设备，启动分布式储能设备进行电能补给；若分布式储能设备补给电能工作结束后，能源互联网内电量仍为缺额状态时，发送控制信号给配电网，令配电网向能源互联网补给电量；若配电网无法向能源互联网补给电能或者配电网补给电能工作结束后，能源互联网内电量仍为缺额状态时，向功率状态调节模块发送电能补给控制信号；盈余电量调配控制模块，用于当能源互联网内电量盈余时，首先发送控制信号给分布式电源，令其向配电网供电；若配电网不需要电能补给或者为配电网补给电能工作结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，令分布式储能设备响应其是否需要充电：若分布式储能设备需要充电，启动分布式储能设备，为分布式储能设备充电；若分布式储能设备不需要充电或者为分布式储能设备充电结束后，能源互联网内仍存在剩余电能，向功率状态调节模块发送电能消耗控制信号。7.采用权利要求4所述的能源互联网的分级控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：数据采集；包括：能源互联网内各分布式电源的和本...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋野，张化光，滕菲，马大中，黄博南，张艺缤，陈磊，孙士杰，赵霖，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21